EP2633307A1 - Vorrichtung zur chromatographischen auftrennung eines stoffgemisches und deren verwendung - Google Patents

Vorrichtung zur chromatographischen auftrennung eines stoffgemisches und deren verwendung

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EP2633307A1
EP2633307A1 EP11771036.8A EP11771036A EP2633307A1 EP 2633307 A1 EP2633307 A1 EP 2633307A1 EP 11771036 A EP11771036 A EP 11771036A EP 2633307 A1 EP2633307 A1 EP 2633307A1
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EP
European Patent Office
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shaped
dome
spherical segment
housing
diameter
Prior art date
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Application number
EP11771036.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2633307B1 (de
Inventor
Hans-Peter Leinenbach
Franz-Josef Gerner
Stefan Kuhn
Patrick Priesnitz
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Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2633307B1 publication Critical patent/EP2633307B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/22—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the construction of the column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6004—Construction of the column end pieces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6004—Construction of the column end pieces
    • G01N30/6017—Fluid distributors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6091—Cartridges

Definitions

  • the invention relates to a device for chromatographic separation of a substance mixture, which is designed as a housing and contains a separation medium in the central portion.
  • a separation medium in the central portion.
  • the housing has a discharge channel in the lower section.
  • separating elements serve to delimit the upper and lower part of the separation medium.
  • the structural design of the device according to the invention allows a uniform fluid distribution and a substantially simultaneous flow through the separation medium.
  • Such chromatographic devices consist of a housing or column, which are usually divided into an upper, lower and middle portion. In the middle part of the range is usually the separation medium, which can also be referred to as a stationary phase or adsorbent.
  • the stationary phase usually consists of a solid, a gel or a substance applied to a carrier.
  • the separation medium is flowed through by the medium or fluid to be separated, which is also referred to as mobile phase.
  • the mixture of the mobile phase may be liquid and / or laden with suspended solids or solids.
  • the upper and / or lower sections have a free space in certain types of applications, which delimits them from the separation medium, the so-called stationary phase.
  • stationary phase In order to fix the separation medium in the central portion of separating elements, consisting of screens or networks are often provided. These are often in combination with support structures to improve the stability and equipped with special installations that should allow improved fluid characteristics.
  • the upper and lower portions may be closed by an upper or lower closure device, which may be formed as an end cap or cover.
  • the inlet and outlet of the medium to be separated can be done both axially and radially.
  • EP 0 507 245 B1 describes an adsorber housing with a distributor arrangement which is of funnel-shaped design and tapers conically towards the center of the housing. This achieves rapid and / or complete sedimentation of the separation medium and improved separation of the solution to be separated.
  • US 2001/002581 A1 describes the construction of a filter housing in which a filter is arranged around a cylindrical tube or in a cylindrical tube.
  • the fluid supply and discharge takes place radially, wherein the supply pipe and the outlet pipe are at the same height. It can be seen from the drawings that the separated fluid flows through a bell-shaped space in front of the outlet tube, forming a gas space through which the venting of the filter system takes place.
  • EP 1 574 244 A2 an end cap for a filter device with a radial inlet or outlet is known.
  • guide elements are provided, through which the fluid undergoes a direction reversal.
  • the guide elements are arranged in the region of a substantially circular or part-circular channel.
  • the application WO 03/005018 A1 deals with the optimization of fluid distribution systems, wherein the fluid distribution structures used for filter systems are firmly connected to a network for retaining the separation medium. This is intended to avoid hygienic problems and the formation of dead volumes and to achieve an improved flow characteristic of the fluid to be separated.
  • DE 10 2008 053 131 A1 describes a method and an arrangement for sterilizing an adsorber housing and adsorbing, wherein the adsorber housing and the adsorbent to be sterilized are present separately, but form a closed system via a connecting device.
  • the invention is based on the object of providing a multifunctional device for chromatographic separation, in particular for affinity chromatography, of a substance mixture which allows a uniform distribution of fluid on the separation medium and a uniform flow through the stationary phase, thus eliminating the disadvantages of the previous systems can be.
  • the device should have a flat design.
  • Another object of the invention is to provide such a device which allows use as a disposable article.
  • the device should be inexpensive, easy to manufacture and easy and safe to handle.
  • the object is achieved by the features of claim 1.
  • the fluid to be separated via a radial feed line in the upper part of the device is guided to the center.
  • the Zuleitkanal widens dome-shaped.
  • the dome-shaped extension achieves a slowing down of the fluid distribution on the opposite side of the inflow opening.
  • the fluid to be separated is prevented from impinging unrestrained on the housing wall opposite the inflow opening and already penetrating into the separation medium, while the fluid to be separated at the inflow-near Page only delayed enters the separation medium.
  • an almost simultaneous entry of the fluid to be separated on the entire surface of the separation medium is achieved, resulting in a substantially uniform flow of the fluid through the separation medium.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the device according to the invention.
  • Fig. 2 shows an upper and / or lower portion of the device according to the invention including a separating element with support structure.
  • FIG. 1 shows the device (1) according to the invention comprising a housing (2) with a central partial area (3) which contains the separating medium (4), an upper partial area (5) and a lower portion (6).
  • the upper portion (5) further comprises a radial Zuleitkanal (7), which extends to the center of the upper portion (5) and ends in a dome-shaped extension (8).
  • the middle portion (3) is delimited by partition members (9, 10) from the upper and lower portions (5, 6). From the upper and / or lower portion (5, 6) to the separation medium (4), a free space (1 1) and (12) extends. This free space is required so that a distribution of the fluid to be separated on the separation medium (4) take place and the separated fluid can drain freely.
  • the device furthermore has a discharge channel (13) in the lower part region (6).
  • the discharge channel (13) can be configured in a manner known to those skilled in the art.
  • the structural design of the upper portion (5), in which the radial Zuleitkanal (7) opens into a dome-shaped extension (8), allows a uniform and simultaneous distribution of the fluid to be separated on the inlet surface of the separation medium (4).
  • the conventional systems with radial inlet are often associated with the disadvantage that the distribution of the fluid to be separated does not impinge on the surface of the separation medium at the same time. This leads to an uneven distribution of the fluid to be separated on the surface of the separation medium and an uneven flow through the fluid to be separated by the separation medium. As a result, an oblique run front forms in the separation medium, which leads to the disadvantages set out above.
  • the dimensions of the Zuleitkanals (7), the dome-shaped extension (8) and the inner diameter of the device (1) are directly related and are individually adapted to the respective size of the device (1).
  • the inner diameter may have a size of 3 to 15 cm, preferably 4 to 12 cm, particularly preferably 5 to 10 cm.
  • the device (1) according to the invention is designed so that the housing (2) can accommodate a separation medium volume of 30 to 1,500 ml, preferably from 100 to 1,000 ml and is therefore also suitable for use in large-volume housing.
  • the packing height of the separating medium (4) can be determined by calculation on the basis of the variables given above. However, the packing height is given priority by the agent which is to be removed from the fluid to be separated and determines the binding capacity of the separation medium (4).
  • the sterilization is usually carried out by steam sterilization or high-energy, ionizing radiation, such as UV, X-ray, alpha, gamma or e-beam radiation, the e-beam radiation is preferred.
  • high-energy, ionizing radiation such as UV, X-ray, alpha, gamma or e-beam radiation
  • the e-beam radiation is preferred.
  • proteins such as e.g. Antibody, staphylococcal protein A, protein G or similar. and peptides as carrier-bound ligands used.
  • irradiation doses in relatively narrow areas can be chosen because the separation media would otherwise lose their activity.
  • the separation medium can be located inside the housing (endpoint sterilization) or outside in a separate compartment of an irradiation unit.
  • endpoint sterilization In systems where endpoint sterilization is provided, the radiopacity of the entire filled device plays a major role.
  • end point sterilization is therefore only suitable for sterilization-stable and / or dry separation media in order to be able to achieve sufficient penetration of the radiation. It must therefore be found a balance in which a sufficient sterility is ensured and at the same time an impairment of the activity of the separation medium is avoided.
  • Limiting factor of the irradiation dose thus represents the in-housing, to be sterilized separation medium or adsorbent material.
  • a minimum radiation dose of 25 kGy must be achieved throughout device (1). This applies both to devices that are subjected to endpoint sterilization and to devices in which the separation medium is located in a separate container.
  • the maximum dose of irradiation depends on the particular properties of the used Dependent on the separation medium, wherein the maximum dose of radiation usually does not exceed a value of about 34 kGy.
  • a radial supply and discharge (7, 13) of the fluid to be separated, for the outer surfaces (24, 24 ' , 24 ", 24 “' ) of the device (1) according to the invention layer thicknesses from 2 , 5 mm, preferably from 1, 5 mm, provide.
  • Such a thin housing geometry allows end-point sterilization with ionizing radiation, even if it is sterilization-labile separation media.
  • Fig. 2 shows an upper portion (5) of the device (1) according to the invention, wherein the radial Zuleitkanal (7) ends in the center of the device (1) in a dome-shaped extension (8).
  • the dome-shaped extension (8) may preferably be in the form of a flat ball segment. It should be noted here that under a dome-shaped extension also such extensions are included, which may differ from the circular shape.
  • the Zuleitkanal (7), the dome-shaped in the center of the upper portion (5) of the device, preferably expanded spherical segment, have a lumen diameter of not more than 5 mm, preferably of not more than 4.2 mm.
  • Luer or Luer-Lock connections are used to connect the Zuleitkanals to a hose connection.
  • the Zuleitkanal is designed such that it tapers conically, starting from a standard Luer or Luer-Lock diameter of the connection side to the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped extension.
  • the Zuleitkanal (7) may be open after entering the housing interior to the housing interior to further optimize the uniform and simultaneous distribution of the medium to be separated. The defined sizes and dimensions can be retained.
  • a separating element (17) can be provided as a further structural embodiment of the device (1).
  • the separating element (17) is mounted below the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped extension (8).
  • screens, nets or the like are usually used, which serve to fix the separation medium (4) in the central portion (3) of the housing (2).
  • the screens or nets used as separating elements (17) are often applied to a support structure (18) for stabilization.
  • the separating element (17) can be welded or glued to the supporting structure (18) to form an integral unit.
  • the application of a support structure (18) on the designed as a sieve or net separating elements (17) can be carried out by injection molding.
  • the support structure (18) can be made of polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) , Polyamide (PA) and / or copolyester exist.
  • PC polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PVC polyvinyl chloride
  • PET polyethylene terephthalate
  • PBT polybutylene terephthalate
  • ABS acrylonitrile-butadiene-styrene
  • PA Polyamide
  • the support structure (18) is further characterized in that in the center of the support structure (18) as an integral part of a distributor element (19) is located, which can also be referred to as a baffle plate and is formed as a closed surface.
  • the distributor element (19) lies opposite the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped enlargement (8).
  • the central distributor element (19) is impermeable to the fluid to be separated flowing down from the dome-shaped extension (8) and thus supports the simultaneous and uniform distribution of the fluid to be separated on the surface of the separation medium (4), so that a nearly horizontal run front in the separation medium (4) is achieved.
  • the device (1) is characterized in that
  • the diameter of the closed, central distributor element (19) has a size of 10 to 25 mm, preferably 16 to 18 mm and
  • the inner diameter (20) of the open side of the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped extension (8) may have a size of 4 to 12 mm, preferably from 6 to 8 mm.
  • central Verteilerlements (19) to the inner diameters (20) of the open side of the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped extension (8) can be a ratio calculated.
  • the inner diameter (20) of the open side of the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped enlargement (8) is a ratio in the range of 2.5 / 1 to 2.1 / 1, particularly preferably from 2.6 / 1 to 2.3 / 1 ,
  • the diameter of the closed, central distributor element (19) has a ratio of 6.2 / 1 to 2.5 / 1, preferably 5.3 / 1. to 3.1 / 1, more preferably from 4/1 to 3.5 / 1.
  • the central distributor element (19) can as an integral part of the support structure (18) with at least two opposing struts (21), preferably 4 to 8 opposite struts (21) with the
  • the struts (21) further serve to support the usually flexible screen. But they can also be used for fixing and positioning of the distributor element (19).
  • the struts (21) can simultaneously serve as spacers, so that the separating element (17) and / or the support structure (18) does not rest directly on the separating medium (4).
  • Spacer elements can also be attached to the outer edge region of the support structure (18) in a suitable shape.
  • the separating element (17) and / or the support structure (18) should not abut the lower edge of the dome-shaped extension (8).
  • the spacer elements (22), for example in the form of spikes, are preferably arranged peripherally around the dome-shaped, preferably spherical segment-shaped enlargement (8).
  • a spacing through the spacer elements (22) can also be achieved by increasing the annular support structure (18).
  • the upper portion (5) may be formed as a housing end cap or housing cover (16).
  • the medium to be separated enters through the inflow opening (15) in the Zuleitkanal (7), which widens in the center of the housing cover (16) dome-shaped, preferably spherical segment.
  • the housing cover (16) can be screwed, plugged or otherwise connected to the housing (2) on the central portion (3) of the housing.
  • the dome-shaped extension (8) opposite end of Zuleitkanals (7) is used to connect a hose for feeding the medium to be separated and, as shown in Fig. 2, as Luer or Luer-lock connection (14) may be formed.
  • the hose can also be attached directly.
  • the outlet or discharge channel (13) for discharging the separated fluid corresponding to the supply channel (7), as shown in Fig. 2, also arranged radially.
  • the discharge channel (13) may extend to the center of the device (1) and also into a dome-shaped, preferably spherical segment-shaped extension (8 ' ) with an inner diameter (20 ' ), as shown in Fig. 1, pass ,
  • the discharge channel (13) has the same features and the same structure as well as the same size information as described for the supply channel (7).
  • the handling is easier for the user and assembly-related operating errors avoided because the user does not have to pay attention to a predetermined installation direction of the device.
  • the device (1) according to the invention is suitable for use in the technical, preferably analytical, medical and pharmaceutical fields.
  • the device (1) is used in particular for the depletion of substances from a mixture of substances, preferably for the depletion of peptides or proteins, more preferably of cytokines, low-density lipoproteins (LDL), toxic foreign proteins such as animal toxins. Furthermore, the device (1) is used for the depletion of antibodies, which may be both the body's own as well as foreign to the body, for example, therapeutically effective antibodies.
  • the substances to be digested may also be of bacterial origin, both Gram-negative and Gram-positive bacteria such as endotoxins (lipopolysaccharides) or enterotoxins for example Toxic Shock Syndrome toxin -1 (TSST-1) and (Staphylococcus auraeus) as well as Staphylococcal enterotoxin B ( SEB)
  • endotoxins lipopolysaccharides
  • enterotoxins for example Toxic Shock Syndrome toxin -1 (TSST-1) and (Staphylococcus auraeus)
  • SEB Staphylococcal enterotoxin B
  • the depletion is particularly preferably carried out from whole blood or blood plasma.
  • the invention will be explained in more detail by means of experimental examples. example 1
  • a device with an inlet diameter of the separation medium of 62 mm was used. This corresponds to an entrance surface of the fluid to be separated on the separation medium of about 30 cm 2 . With a height of 47 mm, a separation medium volume of 140 ml results.
  • a methacrylate-based affinity chromatography material was used for the stationary phase.
  • the mobile phase was conducted via a radial supply channel to the center of the housing.
  • the radial supply channel had a lumen diameter of 4.2 mm and is open after passing through the interior of the housing down. It widens in the center of the housing dome-shaped.
  • the dome-shaped extension had a spherical inner diameter of 17 mm.
  • a phenolphthalein solution was used and flowed through the radial supply channel at a flow rate of 30 ml / min.
  • the inside diameter of the downwardly open side of the dome-shaped extension was 7 mm.
  • the device further had a separating element consisting of a support structure with a central distributor element.
  • the diameter of the support structure was 59 mm and the diameter of the central distributor plate was 17 mm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine multifunktionale Vorrichtung und deren Verwendung zur chromatographischen, insbesondere zur affinitätschromatographischen Auftrennung eines Stoffgemisches, die eine gleichmäßige Fluidverteilung auf dem Trennmedium und eine gleichmäßige Durchströmung der stationären Phase ermöglicht, indem das zu trennende Fluid über eine radiale Zuleitung im oberen Teilbereich der Vorrichtung bis zu dessen Zentrum geführt wird, wobei sich die radiale Zuleitung im Zentrum kuppelförmig erweitert.

Description

VORRICHTUNG ZUR CHROMATOGRAPHISCHEN AUFTRENNUNG EINES STOFFGEMISCHES UND DEREN VERWENDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur chromatographischen Auftrennung eines Stoffgemisches, welches als Gehäuse ausgebildet ist und im mittleren Teilbereich ein Trennmedium enthält. Im oberen Teilbereich der Vorrichtung befindet sich ein radialer Zuleitkanal für das zu trennende Fluid, der sich bis zum Zentrum des oberen Teilbereichs erstreckt. Das Gehäuse verfügt im unteren Teilbereich über einen Ableitkanal. Innerhalb der Vorrichtung dienen Trennelemente dazu, den oberen und unteren Teilbereich von dem Trennmedium abzugrenzen. Dabei erlaubt die erfindungsgemäße konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung eine gleichmäßige Fluidverteilung und eine im Wesentlichen zeitgleiche Durchströmung des Trennmediums.
Um bei chromatographischen Trennverfahren eine gute Trennleistung zu erreichen, ist eine gleichmäßige Verteilung des zu trennenden Fluids auf dem Trennmedium sowie eine zeitgleiche Durchströmung des Trennmediums erforderlich. Die bekannten Vorrichtungen finden in vielen Bereichen Anwendung, wie z.B. im technischen, analytischen, medizinischen und pharmazeutischen Bereich.
Derartige chromatographische Vorrichtungen bestehen aus einem Gehäuse oder einer Säule, welche üblicherweise in einen oberen, unteren und mittleren Teilbereich untergliedert sind. Im mittleren Teilbereich befindet sich in der Regel das Trennmedium, welches auch als stationäre Phase oder Adsorbens bezeichnet werden kann. Die stationäre Phase besteht normalerweise aus einem Feststoff, einem Gel oder einer auf einem Träger aufgebrachten Substanz.
Das Trennmedium wird von dem zu trennenden Medium oder Fluid, das auch als mobile Phase bezeichnet wird, durchströmt. Dabei kann das Stoffgemisch der mobilen Phase flüssig und/oder mit Schweb- oder Feststoffen beladen sein. Die oberen und/oder unteren Teilbereiche verfügen bei bestimmten Anwendungsarten über einen freien Raum, der diese von dem Trennmedium, der sogenannten stationären Phase, abgrenzt. Um das Trennmedium im mittleren Teilbereich zu fixieren sind häufig Trennelemente, bestehend aus Sieben oder Netzen, vorgesehen. Diese sind vielfach in Kombination mit Stützstrukturen zur Verbesserung der Stabilität sowie mit besonderen Einbauten ausgerüstet, die eine verbesserte Fluidcharakteristik ermöglichen sollen. Die oberen bzw. unteren Teilbereiche können durch eine obere bzw. untere Verschlussvorrichtung, die als Endkappe oder -deckel ausgebildet sein kann, verschlossen werden.
Der Zu- bzw. Ablauf des zu trennenden Mediums kann sowohl axial als auch radial erfolgen.
Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche chromatographische oder adsorptive Vorrichtungen bekannt. So beschreibt die EP 0 507 245 B1 ein Adsorbergehäuse mit einer Verteileranordnung, die trichterförmig ausgebildet ist und sich zur Gehäusemitte konisch verjüngt. Dadurch wird eine schnelle und/oder vollständige Sedimentierung des Trennmediums und eine verbesserte Trennung der aufzutrennenden Lösung erreicht.
Die US 2001/002581 A1 beschreibt den Aufbau eines Filtergehäuses, bei dem ein Filter um ein zylindrisches Rohr oder in einem zylindrischen Rohr angeordnet ist. Die Fluidzu- und ableitung erfolgt radial, wobei das Zuleitungsrohr und das Auslassrohr auf gleicher Höhe liegen. Aus den Zeichnungen geht hervor, dass das aufgetrennte Fluid vor dem Auslassrohr einen glockenförmigen Raum durchströmt, der einen Gasraum bildet, über den die Entlüftung des Filtersystems erfolgt. Aus der EP 1 574 244 A2 ist eine Endkappe für eine Filtervorrichtung mit einem radialen Zu- oder Ablauf bekannt. In der Endkappe sind Führungselemente vorgesehen, durch die das Fluid eine Richtungsumkehrung erfährt. Die Führungselemente sind im Bereich eines im Wesentlichen kreis- oder teilkreisförmigen Kanals angeordnet.
Die Anmeldung WO 03/005018 A1 beschäftigt sich mit der Optimierung von Fluidverteilungssystemen, wobei die für Filtersysteme verwendeten Fluid- Verteilerstrukturen mit einem Netz zum Zurückhalten des Trennmediums fest verbunden werden. Damit sollen hygienische Probleme und die Bildung von Todvolumina vemieden sowie eine verbesserte Flusscharakteristik des zu trennenden Fluids erreicht werden.
Die DE 10 2008 053 131 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zum Sterilisieren eines Adsorbergehäuses und des Adsoberns, wobei das Adsorbergehäuse und das zu sterilisierende Adsorbens separat vorliegen, aber über eine Verbindungseinrichtung ein geschlossenes System bilden.
In der therapeutischen Immun-Apherese kommen Systeme zum Einsatz, bei denen entweder kleinvolumige Gehäuse oder aufwändige größere Gehäuse z.B. aus Glas verwendet werden.
Nachteilig bei diesen Systemen ist, dass sie sehr teuer und als ulti-Use- Anwendungen ausgelegt sind. Die Multi-Use-Systeme bergen darüber hinaus noch die Gefahr einer Kontamination durch ihren mehrmaligen Einsatz am Patienten und dadurch, dass sie zwischen den einzelnen Behandlungen in Konservierungslösungen gelagert werden müssen. Bei Systemen, in denen während der Behandlung die beladenen Säulen mehrmals regeneriert werden, kommt es zu Verdünnungseffekten und zu Plasmaverwürfen. Diese Nachteile sind immer dann besonders kritisch, wenn:
• hohe Regenerationszyklen pro Behandlung und/oder
· größere Säulenvolumen notwendig sind.
Die bei Einwegsystemen eingesetzten Säulen werden innerhalb einer Behandlung nicht regeneriert. Dadurch tritt die Gefahr von Plasmaverdünnungen und/oder Plasmaverlusten hier nur in geringem Maße oder gar nicht auf.
Bestehende Einwegsysteme, wie zum Beispiel mit Aminosäureliganden arbeitende Adsorber, sind aufgrund ihrer niedrigen Bindungskapazitäten sowie ihrer unzureichenden Selektivitäten nur für bestimmte Indikationen geeignet. Bei Trennmedien mit geringer Bindungskapazität ist der Einsatz von größeren Säulenvolumina erforderlich. Größere Volumina sind jedoch nur mit gleichzeitig größeren Durchmessern der Gehäuse realisierbar, da ansonsten die Behandlungsdauer unverhältnismäßig ansteigt. Eine Vergrößerung des Gehäusedurchmessers ermöglicht zwar hohe Plasmavolumenflussraten es treten jedoch Verteilungsprobleme auf, die dazu führen, dass das zu prozessierende Fluid zeitlich unterschiedlich in das Trennmedium eintritt. In diesen Fällen kommt es zur Verschleppung von Plasma und dadurch zu unerwünschten Verdünnungen. Besonders bei einem seitlich angeströmten Säulenbett erhöht sich diese Gefahr.
Werden dagegen Säulen mit kleinem Durchmesser eingesetzt, ist es erforderlich höhere Plasmaflüsse zu fahren. Dabei besteht die Gefahr, dass die Bindungskapazität herabgesetzt wird, da sich in diesem Fall der lineare Fluss (cm/min) erhöht und die Zeit für die intramolekulare Wechselwirkung der Bindungspartner zu kurz wird. Zusätzlich erhöht sich die Gefahr eines zu hohen Adsorber- oder Säulendruckes während der Spülphase, da diese mit wesentlich höheren Volumenflussraten durchgeführt wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine multifunktionale Vorrichtung zur chromatographischen, insbesondere zur affinitätschromatographischen Auftrennung eines Stoffgemisches zur Verfügung zu stellen, die eine gleichmäßige Fluidverteilung auf dem Trennmedium und eine gleichmäßige Durchströmung der stationären Phase ermöglicht, so dass damit die Nachteile der bisherigen Systeme ausgeräumt werden können. Gleichzeitig soll die Vorrichtung über eine flache Bauweise verfügen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den Einsatz als Einmalartikel erlaubt.
Darüber hinaus soll die Vorrichtung kostengünstig, einfach herstellbar sowie leicht und sicher handhabbar sein.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird das zu trennende Fluid über eine radiale Zuleitung im oberen Teilbereich der Vorrichtung bis zu dessen Zentrum geführt. Im Zentrum des oberen und/oder unteren Teilbereichs erweitert sich der Zuleitkanal kuppeiförmig.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche für den Einsatz im technischen, vorzugsweise analytischen, medizinischen und pharmazeutischen Bereich geeignet ist, wird durch Anspruch 20 umfasst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die kuppeiförmige Erweiterung eine Verlangsamung der Fluidverteilung auf der gegenüberliegenden Seite der Einströmungsöffnung erreicht wird. Mit der erfindungsgemäßen Konstruktion wird verhindert, dass das zu trennende Fluid ungebremst auf die der Einströmungsöffnung gegenüberliegende Gehäusewand aufprallt und bereits in das Trennmedium eindringt, während das zu trennende Fluid an der einströmungsnahen Seite nur verzögert in das Trennmedium eintritt. Dadurch wird ein nahezu zeitgleicher Eintritt des zu trennenden Fluids auf der gesamten Oberfläche des Trennmediums erreicht, woraus eine im Wesentlichen gleichmäßige Durchströmung des Fluids durch das Trennmedium resultiert.
Durch die kuppeiförmige Ausbildung der radialen Zuleitung im Gehäusezentmm ist es möglich, großvolumige Trennvorrichtungen zu verwenden, ohne dass die oben dargelegten nachteiligen Effekte auftreten. Im Folgenden werden die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 2 zeigt einen oberen und/oder unteren Teilbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich eines Trennelements mit Stützstruktur.
Fig. 3 zeigt den äußeren oberen Teilbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ein Gehäuse (2) mit einem mittleren Teilbereich (3), der das Trennmedium (4) enthält, einem oberen Teilbereich (5) und einem unteren Teilbereich (6). Der obere Teilbereich (5) weist weiterhin einen radialen Zuleitkanal (7) auf, der sich bis zum Zentrum des oberen Teilbereichs (5) erstreckt und in einer kuppeiförmigen Erweiterung (8) endet. Der mittlere Teilbereich (3) wird durch Trennelemente (9, 10) von dem oberen und unteren Teilbereich (5, 6) begrenzt. Von dem oberen und/oder unteren Teilbereich (5, 6) bis zu dem Trennmedium (4) erstreckt sich ein freier Raum (1 1) und (12). Dieser freie Raum ist erforderlich, damit eine Verteilung des zu trennenden Fluids auf dem Trennmedium (4) erfolgen sowie das aufgetrennte Fluid frei ablaufen kann. Die Vorrichtung weist weiterhin einen Ableitkanal (13) im unteren Teilbereich (6) auf. Der Ableitkanal (13) kann in einer für den Fachmann bekannten Weise ausgestaltet sein. Die konstruktive Ausgestaltung des oberen Teilbereichs (5), bei dem der radiale Zuleitkanal (7) in eine kuppeiförmige Erweitung (8) mündet, erlaubt eine gleichmäßige und zeitgleiche Verteilung des zu trennenden Fluids auf der Eintrittsoberfläche des Trennmediums (4). Die herkömmlichen Systeme mit radialem Zulauf sind häufig mit dem Nachteil behaftet, dass die Verteilung des zu trennenden Fluids nicht zeitgleich auf die Oberfläche des Trennmediums auftrifft. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Verteilung des zu trennenden Fluids auf der Oberfläche des Trennmediums und einer ungleichmäßigen Durchströmung des zu trennenden Fluids durch das Trennmedium. Dadurch bildet sich eine schräge Lauffront im Trennmedium aus, was zu den oben dargelegten Nachteilen führt.
Die Abmessungen des Zuleitkanals (7), der kuppeiförmigen Erweiterung (8) und der Innendurchmesser der Vorrichtung (1) stehen in unmittelbarem Zusammenhang und sind individuell auf die jeweilige Größe der Vorrichtung (1) anzupassen.
So kann in einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung (1) der Innendurchmesser eine Größe von 3 bis 15 cm, vorzugsweise 4 bis 12 cm, besonders bevorzugt von 5 bis 10 cm aufweisen.
Daraus ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) für das Trennmedium (4) eine Eintrittsfläche im Bereich von 7 bis 180 cm2 vorzugsweise 13 bis 115 cm2 , besonders bevorzugt von 20 bis 80 cm2, um eine optimale Trennleistung zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ist dabei so konzipiert, dass das Gehäuse (2) ein Trennmediumvolumen von 30 bis 1.500 ml, vorzugsweise von 100 bis 1.000 ml aufnehmen kann und sich somit auch für die Verwendung für großvolumige Gehäuse eignet.
Die Packungshöhe des Trennmediums (4) lässt sich anhand der oben angegebenen Größen rechnerisch bestimmen. Allerdings wird die Packungshöhe vorrangig von dem Agens, welches aus dem zu trennenden Fluid entfernt werden soll und der Bindungskapazität des Trennmediums (4) bestimmt.
Bei der Anwendung im medizinischen oder pharmazeutischen Bereich muss die Sterilität der Vorrichtung und des Trennmediums sichergestellt sein. Die Sterilisation erfolgt in der Regel mittels Dampfsterilisation oder energiereicher, ionisierender Strahlung, wie zum Beispiel UV, Röntgen-, alpha-, Gamma- oder E-Beam-Strahlung, wobei die E-Beam-Strahlung bevorzugt wird. Bei affinitätschromatographischen Anwendungen kommen oftmals Proteine wie z.B. Antikörper, Staphylococcen-Protein A, Protein G o.ä. sowie Peptide als trägergebundene Liganden zum Einsatz. Für die Sterilisation derartiger Trennmedien können nur Bestrahlungsdosen in relativ eng begrenzten Bereichen gewählt werden, da die Trennmedien ansonsten ihre Aktivität verlieren würden. Dabei kann sich das Trennmedium innerhalb des Gehäuses (Endpunktsterilisation) oder außerhalb in einem gesonderten Kompartiment einer Bestrahlungseinheit befinden. Bei Systemen, bei denen eine Endpunktsterilisation vorgesehen ist, spielt die Durchstrahlbarkeit der gesamten gefüllten Vorrichtung eine große Rolle. Eine Endpunktsterilisation kommt daher in der Regel nur bei sterilisationsstabilen und/oder trockenen Trennmedien in Betracht, um eine ausreichende Durchdringung der Strahlung erreichen zu können. Es muss daher eine Balance gefunden werden, bei denen eine ausreichende Sterilität gewährleistet ist und gleichzeitig eine Beeinträchtigung der Aktivität des Trennmediums vermieden wird. Limitierender Faktor der Bestrahlungsdosis stellt somit das im Gehäuse befindliche, zu sterilisierende Trennmedium oder Adsorbermaterial dar.
Für eine ausreichende Sterilität muss in der gesamten Vorrichtung (1) eine Mindeststrahlendosis von 25 kGy erreicht werden. Dies gilt sowohl für Vorrichtungen, die einer Endpunktsterilisation unterzogen werden, als auch für Vorrichtungen, bei denen sich das Trennmedium in einem separaten Behältnis befindet. Die Höchstdosis der Bestrahlung ist von den jeweiligen Eigenschaften des eingesetzten Trennmediums abhängig, wobei die Bestrahlungshöchstdosis einen Wert von ca. 34 kGy gewöhnlich nicht überschreitet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es durch eine radiale Zu- und Ableitung (7, 13) des zu trennenden Fluids möglich, für die Außenflächen (24, 24', 24", 24"') der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) Schichtdicken ab 2,5 mm, vorzugsweise ab 1 ,5 mm, vorzusehen. Eine solche dünne Gehäusegeometrie erlaubt eine Endpunktsterilisation mit ionisierender Strahlung, selbst dann, wenn es sich um sterilisationslabilere Trennmedien handelt.
Fig. 2 stellt einen oberen Teilbereich (5) der erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) dar, wobei der radiale Zuleitkanal (7) im Zentrum der Vorrichtung (1) in einer kuppeiförmigen Erweiterung (8) endet. Die kuppeiförmige Erweiterung (8) kann vorzugsweise in Form eines flachen Kugelsegments ausgebildet sein. Anzumerken ist hierbei, dass unter einer kuppeiförmigen Erweitung auch solche Erweiterungen umfasst sind, die von der Kreisform abweichen können.
In einer besonderen Ausführungsform kann der Kugelinnendurchmesser der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) im Bereich von 4 bis 20 mm, vorzugsweise von 8 bis 16 mm, liegen.
Weiterhin kann der Zuleitkanal (7), der sich im Zentrum des oberen Teilbereichs (5) der Vorrichtung kuppeiförmig, vorzugsweise kugelsegmentförmig erweitert, einen Lumendurchmesser von maximal 5 mm, vorzugsweise von maximal 4,2 mm aufweisen.
Üblicherweise werden zum Anschluss des Zuleitkanals an eine Schlauchverbindung Luer oder Luer-Lock Anschlüsse verwendet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Zuleitkanal derart ausgestaltet, dass er sich, ausgehend von einem genormten Luer oder Luer-Lock Durchmesser der Anschlussseite zur kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung hin, konisch verjüngt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen Vorrichtung (1) kann der Zuleitkanal (7) nach dem Eintritt in das Gehäuseinnere zum Gehäuseinnenraum offen sein, um die gleichmäßige und zeitgleiche Verteilung des zu trennenden Mediums weiter zu optimieren. Dabei können die definierten Größen und Abmessungen beibehalten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann als eine weitere konstruktive Ausgestaltung der Vorrichtung (1) ein Trennelement (17) vorgesehen werden. Das Trennelement (17) ist unterhalb der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) angebracht. Für solche Trennelemente werden üblicherweise Siebe, Netze oder dergleichen eingesetzt, die dazu dienen, das Trennmedium (4) im mittleren Teilbereich (3) des Gehäuses (2) zu fixieren. Dabei werden die als Trennelemente (17) eingesetzten Siebe oder Netze häufig zur Stabilisierung auf eine Stützstruktur (18) aufgebracht. Das Trennelement (17) kann mit der Stützstruktur (18) verschweißt oder verklebt werden um eine einstückige Einheit zu bilden. Das Aufbringen einer Stützstruktur (18) auf die als Sieb oder Netz ausgebildeten Trennelemente (17) kann im Spritzgussverfahren erfolgen. Die Stützstruktur (18) kann aus Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA) und/oder Copolyester bestehen. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung der Trennelemente (17) einschließlich Stützeinrichtung (18) möglich.
Die Stützstruktur (18) zeichnet sich darüber hinaus dadurch aus, dass sich im Zentrum der Stützstruktur (18) als integraler Bestandteil ein Verteilerelement (19) befindet, welches auch als Prallplatte bezeichnet werden kann und als geschlossene Fläche ausgebildet ist. Das Verteilerelement (19) liegt der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) gegenüber. Das zentrale Verteilerelement (19) ist für das aus der kuppeiförmigen Erweiterung (8) herabströmende zu trennende Fluid undurchlässig und unterstützt dadurch die zeitgleiche und gleichmäßige Verteilung des zu trennenden Fluids auf der Oberfläche des Trennmediums (4), so dass eine nahezu horizontale Lauffront im Trennmedium (4) erzielt wird. Dabei zeichnet sich die Vorrichtung (1) dadurch aus, dass
• der Durchmesser des geschlossenen, zentralen Verteilerelements (19) eine Größe von 10 bis 25 mm, vorzugsweise von 16 bis 18 mm und
• der Innendurchmesser (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) eine Größe von 4 bis 12 mm, vorzugsweise von 6 bis 8 mm aufweisen kann.
Aus den Durchmessern des geschlossenen, zentralen Verteilerlements (19) zu den Innendurchmessern (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) lässt sich ein Verhältniswert berechnen.
So ergibt sich aus
• dem Durchmesser des geschlossenen, zentralen Verteilerelements (19) und
• dem Innendurchmesser (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) ein Verhältnis im Bereich von 2,5/1 bis 2,1/1 betragen, besonders bevorzugt von 2,6/1 bis 2,3/1.
Der Innendurchmesser (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) kann im Verhältnis zum Lumendurchmesser des Zuleitkanals (7) im Bereich von 0,5/1 bis 4/1 , besonders bevorzugt 1 ,5/1 bis 3,5/1 betragen.
Da der Durchmesser der Stützeinrichtung (18) und der Innendurchmesser des Gehäuses (2) die gleiche Größe aufweisen, ergibt sich aus
• dem Durchmesser der Stützeinrichtung (18) bzw. dem Innendurchmesser des Gehäuses (2) und
· dem Durchmesser des geschlossenen, zentralen Verteilerelements (19) ein Verhältnis von 6,2/1 bis 2,5/1 , bevorzugt von 5,3/1. bis 3,1/1 besonders bevorzugt von 4/1 bis 3,5/1.
• Das zentrale Verteilerelement (19) kann als integraler Bestandteil der Stützstruktur (18) mit wenigstens 2 gegenüberliegenden Streben (21), vorzugsweise 4 bis 8 gegenüberliegende Streben (21) mit dem
Randbereich der Stützstruktur (18) verbunden werden.
Die Streben (21) dienen des Weiteren dazu, das üblicherweise flexible Sieb zu stützen. Sie können aber auch zur Fixierung und Positionierung des Verteilerelements (19) genutzt werden.
Die Streben (21) können gleichzeitig als Abstandselemente dienen, so dass das Trennelement (17) und/oder die Stützstruktur (18) nicht direkt auf dem Trennmedium (4) aufliegt. Abstandselemente können aber auch am äußeren Randbereich der Stützstruktur (18) in geeigneter Ausformung angebracht sein.
Um eine ungehinderte und gleichmäßige Fluidströmung im oberen Teilbereich (5) der Vorrichtung (1) zu ermöglichen, sollte das Trennelement (17) und/oder die Stützstruktur (18) nicht an den unteren Rand der kuppeiförmigen Erweiterung (8) anstoßen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass unterhalb der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) Abstandselemente (22) angebracht sind. Die Abstandselemente (22), zum Beispiel in Form von Spikes, sind vorzugsweise peripher um die kuppeiförmige, vorzugsweise kugelsegmentförmige Erweiterung (8) angeordnet.
Eine Beabstandung durch die Abstandselemente (22) kann auch durch eine Erhöhung der ringförmigen Stützstruktur (18) erreicht werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann, wie in Fig. 3 dargestellt, der obere Teilbereich (5) als Gehäuseendkappe oder Gehäusedeckel (16) ausgebildet sein. Dabei tritt das zu trennende Medium durch die Einströmöffnung (15) in den Zuleitkanal (7) ein, der sich im Zentrum des Gehäusedeckels (16) kuppeiförmig, vorzugsweise kugelsegmentförmig erweitert. Der Gehäusedeckel (16) kann auf den mittleren Teilabschnitt (3) des Gehäuses aufgeschraubt, aufgesteckt oder anderweitig mit dem Gehäuse (2) verbunden werden. Das der kuppeiförmigen Erweiterung (8) gegenüberliegende Ende des Zuleitkanals (7) dient zum Anschluss einer Schlauchleitung zum Zuführen des zu trennenden Mediums und kann, wie in Fig. 2 dargestellt, als Luer oder Luer-Lock- Verbindung (14) ausgebildet sein. Die Schlauchleitung kann aber auch direkt aufgesteckt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Auslass- oder Ableitkanal (13) zur Ableitung des aufgetrennten Fluids, entsprechend dem Zuleitkanal (7), wie in Fig. 2 dargestellt, ebenfalls radial angeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann sich der Ableitkanal (13) bis zum Zentrum der Vorrichtung (1) erstrecken und ebenfalls in eine kuppeiförmige, vorzugsweise kugelsegmentförmige Erweiterung (8') mit einem Innendurchmesser (20'), wie in Fig. 1 gezeigt, übergehen.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Ableitkanal (13) die gleichen Merkmale und den gleichen Aufbau sowie die gleichen Größenangaben, wie für den Zuleitkanal (7) beschrieben, auf.
Durch die identische Bauweise der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Handhabung für den Anwender erleichtert und montagebedingte Bedienungsfehler vermieden, da der Anwender nicht auf eine vorbestimmte Einbaurichtung der Vorrichtung achten muss. Um die Arbeitsabläufe bei der routinemäßigen Anwendung der Vorrichtung (1) zu verringern (Konservierung, Lagerung, Freispülen und Vorbereitung zum Wiedereinsatz) und/oder zur Vermeidung von Kontaminationen ist es von Vorteil, die Vorrichtung (1) als Einmalartikel vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) ist für die Verwendung im technischen, vorzugsweise analytischen, medizinischen und pharmazeutischen Bereich geeignet.
Die Vorrichtung (1) dient insbesondere zur Abreicherung von Substanzen aus einem Stoffgemisch, vorzugsweise zur Abreicherung von Peptiden oder Proteinen, besonders bevorzugt von Cytokinen, Low-Density-Lipoproteinen (LDL), toxischen Fremdproteinen wie zum Beispiel Tiertoxinen. Weiterhin dient die Vorrichtung (1) zur Abreicherung von Antikörpern, wobei es sich sowohl um körpereigene als auch um körperfremde, zum Beispiel therapeutisch wirksame Antikörper handeln kann. Die abzureichernden Substanzen können ebenfalls bakteriellen Ursprungs sein, sowohl von gramnegativen, als auch von grampositiven Bakterien wie zum Beispiel Endotoxine (Lipopolysaccharide) oder Enterotoxine zum Beispiel Toxic shock Syndrom toxin -1 (TSST-1) sowie (Staphylococcus auraeus) sowie Staphylococcal enterotoxin B (SEB)
Besonders bevorzugt erfolgt die Abreicherung aus Vollblut oder Blutplasma. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Versuchsbeispielen näher erläutert. Beispiel 1
In einem Modellversuch wurde eine Vorrichtung mit einem Eintrittdurchmesser des Trennmediums von 62 mm verwendet. Dies entspricht einer Eintrittsfläche des zu trennenden Fluids auf dem Trennmedium von rund 30 cm2. Mit einer Höhe von 47 mm ergibt sich ein Trennmediumvolumen von 140 ml. Für die stationäre Phase wurde ein affinitätschromatografisches Material auf Methacrylatbasis verwendet. Die mobile Phase wurde über einen radialen Zuleitkanal bis zum Gehäusemittelpunkt geführt. Der radiale Zuleitkanal verfügte über einen Lumendurchmesser von 4,2 mm und ist nach dem Durchtritt in das Gehäuseinnere nach unten geöffnet. Er erweitert sich im Zentrum des Gehäuses kuppeiförmig. Die kuppeiförmige Erweiterung wies einen Kugelinnendurchmesser von 17 mm auf. Als mobile Phase wurde eine Phenolphthaleinlösung eingesetzt und mit einer Flussrate von 30 ml/min über den radialen Zuleitkanal eingeströmt. Der Innendurchmesser der nach unten offenen Seite der kuppeiförmigen Erweiterung betrug 7 mm. Die Vorrichtung verfügte weiterhin über ein Trennelement bestehend aus einer Stützstruktur mit einem zentralen Verteilerelement. Der Durchmesser der Stützstruktur betrug 59 mm und der Durchmesser der zentralen Verteilerplatte 17 mm. 30 Sekunden nach dem Beginn der Einströmung der Phenolphthaleinlösung als mobile Phase wurde die Zeit gestoppt und die Verteilung der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Trennmediums bestimmt. Dabei wurde festgestellt, dass zu diesem Zeitpunkt nahezu 100 % der Oberfläche der stationären Phase bedeckt waren. Bei der Betrachtung des Verlaufs des zu trennenden Fluids durch das Trennmedium zeigte sich während der Trennzeit eine im Wesentlichen horizontale Lauffront.
Beispiel 2
Für einen Vergleichsversuch wurde ein analoger Versuchsaufbau mit den oben beschriebenen Abmessungen und Materialien verwendet, allerdings ohne die kuppeiförmige Erweiterung. Der Versuchsaufbau wies weiterhin noch Verteilungsgräten im Deckel der Vorrichtung auf, die für eine bessere Verteilung auf der Trennmediumoberfläche sorgen sollten. Auch bei diesem Beispiel wurde 30 Sekunden nach dem Beginn der Einströmung der Phenolphthaleinlösung die Zeit gestoppt und die Verteilung der Flüssigkeit auf der Oberfläche des Trennmediums bestimmt. Dabei zeigte sich eine signifikant schlechtere Flüssigkeitsverteilung oberhalb des Trennmediums entlang dem Randbereich auf der Seite des Zuleitkanals. Die ungleichmäßige Benetzung des Randbereichs nahm einen Umfang von etwa 1/3 der Trennmediumoberfläche ein.
Im Vergleich zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde überraschenderweise gefunden, dass bei einer Vorrichtung mit offener Kanalführung und Verteilerelement, jedoch ohne kuppeiförmige Erweiterung (siehe Beispiel 2) eine ungleichmäßige und damit zeitverzögerte Verteilung des zu trennenden Fluids auf dem Trennmedium erfolgt. Erstaunlicherweise lieferten die Verteilungsgräten im Deckel keinen erkennbaren Beitrag hinsichtlich einer gleichmäßigen Verteilung des zu trennenden Fluids. Als Folge der ungleichmäßigen Verteilung über die Trennzeit resultierte eine schräge Lauffront des zu trennenden Fluids innerhalb des Trennmediums.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurde aufgrund der besonderen Konstruktion der Vorrichtung eine nahezu gleichmäßige und zeitgleiche Verteilung des zu trennenden Fluids auf dem Trennmedium erreicht. Als Ergebnis zeigte sich eine im Wesentlichen horizontale Lauffront im Trennmedium, wodurch die eingangs erwähnten Nachteile eliminiert werden können.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung (1) zur chromatographischen Auftrennung eines Stoffgemisches umfassend,
• ein Gehäuse (2),
• einen mittleren Teilbereich (3), der das Trennmedium (4) enthält,
• einem oberen Teilbereich (5), der einen radialen Zuleitkanal (7) bis zum Zentrum des oberen Teilbereich (5) aufweist,
• einem unteren Teilbereich (6), der einen Ableitkanal aufweist,
• Trennelemente (9, 10), welche den oberen und den unteren Teilbereich (5, 6) von dem Trennmedium (4) trennen, dadurch gekennzeichnet, dass
sich der radiale Zuleitkanal (7) im Zentrum der oberen und/oder unteren Teilbereiche (5, 6) kuppeiförmig erweitert.
2. Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zu-und/oder Ableitkanäle (7, 13) sich im Zentrum der oberen und/oder unteren Teilbereiche (5, 6) kuppeiförmige, vorzugsweise in Form eines flachen Kugelsegments (8) erweitern.
3. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die kuppeiförmige, vorzugsweise kugelförmige Erweiterung (8), einen Kugelinnendurchmesser von 4 bis 20 mm, vorzugsweise von 8 bis 16 mm aufweist.
4. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Ableitkanäle (7, 13), die sich im Zentrum der oberen und/oder unteren Teilbereiche (5, 6) kuppeiförmige oder kugelsegmentförmige erweitern, einen Lumendurchmesser von maximal 5 mm, vorzugsweise von maximal 4,2 mm aufweisen.
5. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet dass, die Durchmesser
• der kuppeiförmigen oder kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) und
• der Zu- und/oder Ableitkanäle (7, 13) ein Verhältnis von 0,5/1 bis 4/1 , vorzugsweise von 1 ,5/1 bis 3,5/1 aufweisen.
6. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Innendurchmesser von 3 bis 15 cm, vorzugsweise von 4 bis 12 cm, besonders bevorzugt 5 bis 10 cm aufweist.
7. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmedium (4) eine Eintrittsfläche von 7 bis 180 cm2, vorzugsweise 13 bis 1 15 cm2, besonders bevorzugt von 20 bis 80 cm2 aufweist.
8. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmedium ein Volumen von 30 bis 1500 ml, vorzugsweise von 100 bis 1000 ml, aufweist.
9. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen (24, 24', 24", 24" ') des Gehäuses (2) eine Schichtdicke ab 2,5 mm, vorzugsweise ab 1 ,5 mm aufweisen.
10. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Ableitkanäle (7, 13) nach dem Eintritt in das Gehäuseinnere zum Gehäuseinnenraum offen sind.
11. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Teilbereiche (5,6) mit dem radialen Zu- und Ableitkanal (7, 13) und der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweitung (8) baugleich sind.
12. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich oberhalb und/oder unterhalb der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) ein Trennelement (17) befindet, das vorzugsweise als Sieb- oder Netzelement ausgebildet ist.
13. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass auf das als Sieb- oder Netzelement ausgebildete Trennelement (17) eine Stützstruktur (18) aufgebracht ist, die ein Verteilerelement (19) aufweist, welches vorzugsweise als geschlossene zentrale Fläche ausgebildet ist.
14. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (18) mit geschlossenem zentralem Verteilerelement (19) und das Trennelement (17) einstückig miteinander verbunden sind.
15. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (18) aus, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamid (PA), Copolyester und/oder Polycarbonat (PC) besteht.
16. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
• der Durchmesser des geschlossenen, zentralen Verteilerelements (19) eine Größe von 10 bis 25 mm, vorzugsweise von 16 bis 18 mm und
• der Innendurchmesser (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) eine Größe von 4 bis 12 mm, vorzugsweise von 6 bis 8 mm aufweisen.
17. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesser
• des geschlossenen, zentralen Verteilerelements (19) und
• dem Innendurchmesser (20) der offenen Seite der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) ein Verhältnis von 2,5/1 bis 2,1/1 vorzugsweise von 2,6/1 bis 2,3/1 aufweisen.
18. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass
• der Durchmesser der Stützstruktur (18) dem Innendurchmesser des Gehäuses (2) entspricht und mit
• dem Durchmesser des geschlossenen zentralen Verteilerelements (19) ein Verhältnis von 6,2/1 bis 2,5/1 vorzugsweise von 5,3/1 bis 3,1/1, besonders bevorzugt von 4/1 bis 3,5/1 aufweisen.
19. Vorrichtung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der kuppeiförmigen, vorzugsweise kugelsegmentförmigen Erweiterung (8) Abstandselemente (22) angeordnet sind, die vorzugsweise peripher um die kuppeiförmige, vorzugsweise kugelsegmentförmige Erweiterung (8) angebracht sind.
20. Verwendung der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 im technischen, analytischen, medizinischen und pharmazeutischen Bereich.
21. Verwendung der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 20 zur Abreicherung von Substanzen aus einem Stoffgemisch, vorzugsweise zur Abreicherung von Peptiden oder Proteinen, insbesondere von Cytokinen, Low-Density- Lipoproteinen (LDL), toxischen Fremdproteinen, Antikörpern, Endotoxinen und/ oder Enterotoxinen.
22. Verwendung der Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass die Abreicherung aus Vollblut oder Blutplasma erfolgt.
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